CN106153181B - 一种压电仿生传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有选择性频率响应的压电仿生传感器，属于压电智能材料技术领域。该压电仿生传感器具有类似耳蜗基底膜的频率选择性特点，包括：多个互不相连孔的外壳；设置于外壳中多个互不相连孔内的压电材料、聚合物和刚性球，以及连接压电材料的电极引线。该压电仿生传感器对不同频率振动产生的响应能力不同，能够满足频率调制、振动控制等特殊工程的频率选择性要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有选择性频率响应的压电仿生传感器，属于压电智能材料技术领域。
背景技术
现实世界的振动非常复杂，针对特定的工程要求，往往需要区别特定的频率成分，开发一种能够对特定频率振动敏感的传感器具有重要意义。
人耳能听到不同频率的声音，主要是因为耳蜗的特殊结构。当不同频率的声波进入耳蜗后，引起耳蜗基底膜的振动，其中，耳蜗基底膜的底部区域对高频声音振动敏感，而顶部区域则对低频声音振动敏感，通过耳蜗基底膜不同区域的协同工作，实现对不同频率声音的感知。
压电材料是一种具有正、逆压电效应的功能材料，具有传感和驱动功能，既可作为传感器又可作为驱动器，在机械、电子、航空航天等领域具有广泛的应用。因此，仿照耳蜗基底膜的功能特点，利用压电材料的传感特性，设计一种压电仿生传感器，实现频率调制、振动控制等功能，在振动与声学等领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种对特定振动频率敏感的压电仿生传感器，这种压电传感器具有类似耳蜗基底膜的频率选择性特点，其不同位置对不同频率有不同的感知程度，能够满足频率调制、振动控制等特殊工程的频率选择性要求。
本发明的具体技术方案如下：
一种压电仿生传感器，包括：多个互不相连孔的外壳；设置于外壳中多个互不相连孔内的压电材料、聚合物和刚性球，以及连接压电材料的电极引线。
根据本发明，一种压电仿生传感器的外壳为铝、钢或陶瓷材料，外壳的形状为带互不相连孔的板状结构，其中，互不相连孔位于板状外壳的中心线上，且沿着板状外壳的长度方向排列，孔的尺寸呈高斯函数变化或线性变化，且相邻孔的中心距相等；沿着板状外壳的长度方向，板状外壳的宽度尺寸相等，按高斯函数变化或线性变化。
根据本发明，一种压电仿生传感器，所述的聚合物为聚氨酯、橡胶或硅胶，填充在多个互不相连的孔内。
根据本发明，一种压电仿生传感器，所述的压电材料为柱状或片状，高度小于外壳高度，其平面尺寸不超过外壳的最小孔直径的0.2倍；电极面垂直于高度方向，且电极面连接有引线。
在本发明中，所述的压电材料可以是压电陶瓷、压电聚合物、压电晶体或压电复合材料，分别封装在填充有聚合物的互不相连孔中。
根据本发明，一种压电仿生传感器，所述的刚性球可以是金属球或陶瓷球，分别封装在填充有聚合物的互不相连孔中，刚性球的直径是对应孔直径的0.2倍。
根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述目的、特征和优点。
附图说明
图1为本发明的压电仿生传感器结构示意图。
表1为本发明的压电仿生传感器对不同频率振动的压电响应。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例对本发明进行进一步的说明和阐述。
实施例1
图1示出了根据本发明的压电仿生传感器结构示意图。如图所示，本发明的压电仿生传感器包括外壳1；设置于外壳互不相连孔内的聚合物2、刚性球3、压电元件4及和压电元件相连的引线5。
外壳1的材质为不锈钢，长度为10cm，高度为1cm，沿着长度方向，外壳的宽度和孔的直径均呈高斯变化，聚合物2为硅胶，刚性球3为不锈钢球，直径为对应孔直径的0.2倍，压电元件4为压电陶瓷片，直径为2mm，厚度为1.5mm，每个压电陶瓷片的正负电极均连接电极引线5。
实施例2
根据图1所示的压电仿生传感器结构，表1为不同频率激励下，5个压电元件对应的响应电压。1#-5#依次代表仿生压电传感器中由小至大孔径内的压电元件。
表1
由表可以看出，压电仿生传感器不同位置处的压电元件对不同频率振动的响应不同，大孔径内的压电元件，对低频振动响应敏感；小孔径内的压电元件，则对高频振动响应越敏感，发明的压电仿生传感器对不同频率的振动具有不同的感知能力。
Claims (3)
1.一种压电仿生传感器，包括：多个互不相连孔的外壳；设置于外壳中多个互不相连孔内的压电材料、聚合物和刚性球，以及连接压电材料的电极引线；
所述外壳为铝、钢或陶瓷材料，外壳的形状为带互不相连孔的板状结构，其中，互不相连孔位于板状外壳的中心线上，且沿着板状外壳的长度方向排列，孔的尺寸呈高斯函数变化或线性变化，且相邻孔的中心距相等；沿着板状外壳的长度方向，板状外壳的宽度尺寸相等，按高斯函数变化或线性变化；
所述的压电材料为柱状或片状，高度小于外壳高度，其平面尺寸不超过外壳的最小孔直径的0.2倍；电极面垂直于高度方向，且电极面连接有引线。
2.根据权利要求1所述的压电仿生传感器，所述的聚合物为聚氨酯、橡胶或硅胶，填充在多个互不相连的孔内。
3.根据权利要求1所述的压电仿生传感器，所述的刚性球可以是金属球或陶瓷球，分别封装在填充有聚合物的互不相连孔中，刚性球的直径是对应孔直径的0.2倍。
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